DE3618283A1 - Vorrichtung zum bearbeiten von werkstuecken mit einem elektronenstrahl - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Bearbeiten von Werkstücken mit einem Elektronenstrahl bestehend aus einer Arbeitskammer und mindestens einer Elektronenstrahlkanone, die auf der Arbeitskammer auf einer verschiebbaren Platte befestigt ist, wobei die Arbeitskammer und die Platte Elektronenstrahldurchtrittsöffnungen aufweisen.

Elektronenstrahlmaschinen bestehen in der Regel aus den zwei Funktionsgruppen Elektronenstrahlkanone mit elektrischer Versorgung und Arbeitskammer mit Pumpstand und Werkstückbewegungsvorrichtung. Die Bearbeitung des Werkstücks findet unter Vakuum statt. Elektronenstrahlkanone und Arbeitskammer werden evakuiert, um die unerwünschte Verbreiterung des Elektronenstrahls durch Streuung an den Luftmolekülen zu vermeiden. Nur so ist die Energie der Elektronen optimal zu nutzen. Um den Anforderungen der Produktion nach kürzester Taktzeit, insbesondere beim Einsatz in der Massenfertigung zu genügen, müssen extrem kurze Pumpzeiten erreicht werden.

Aus der DE-PS 12 69 750 ist eine auf der Arbeitskammer verfahrbare Elektronenstrahlkanone bekannt, die unter Aufrechterhaltung der Abdichtung der Arbeitskammer entlang eines in der Arbeitskammer angebrachten Schlitzes verschoben wird. Zur Aufrechterhaltung eines Vakuums werden die bei aufgesetzter Elektronenstrahlkanone nicht geschlossenen Schlitzteile der Arbeitskammer durch eine verschiebbare Abdeckung abgedeckt. Die Abdeckung kann hierbei als Platte oder Metallstreifen ausgebildet sein. Die Platte bzw. der Metallstreifen sind an der Elektronenstrahlkanone befestigt und werden bei der Bewegung der Elektronenstrahlkanone von dieser mitgenommen.

Mit dieser Vorrichtung wird zwar der Verfahrschlitz de Arbeitskammer gegenüber der Elektronenstrahlkanone abgedeckt, jedoch steht die Arbeitskammer mit dem Gehäuse der Elektronenstrahlkanone über die Elektronenstrahldurchtrittsöffnungen in der Arbeitskammer und der Platte bzw. dem Metallstreifen in Verbindung. Wird die Arbeitskammer mit einem neuen Werkstück beladen, so muß die Arbeitskammer und die mit der Arbeitskammer über die Elektronenstrahldurchtrittsöffnungen in Verbindung stehende Elektronenstrahlkanone evakuiert werden. Dies erfordert eine hohe Pumpzeit.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Pumpzeit zu verringern, so daß die Arbeitskammer schnell evakuiert werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zwischen Elektronenstrahlkanone und Arbeitskammer mindestens eine Dichtplatte zum Verschließen der Elektronenstrahl­ durchtrittsöffnung der Arbeitskammer angeordnet ist.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß in einfacher Art und Weise und mit geringen Herstellkosten eine Verkleinerung des abzupumpenden Gesamtvolumens erzielt wird.

Durch die Verbindung der Elektronenstrahlkanone mit der Dichtplatte wird die Dichtplatte mit dem bereits vorhandenen Fahrantrieb der Elektronentrahlkanone in eine Verschlußposition gefahren. Vorteilhaft sind hierzu an der Dichtplatte Räder oder Rollen, oder sonstige Bauteile, die eine Rollreibung ermöglichen, angeordnet, mit denen die Dichtplatte auf der Arbeitskammer verfährt. Durch die Räder oder Rollen wird eine geringe Reibung zwischen Dichtplatte und Arbeitskammer erzeugt, so daß die Leistung des Fahrantriebs der Elektronenstrahlkanone nicht erhöht werden muß. Um einen gasdichten Verschluß der Arbeitskammer gegenüber der Elektronenstrahlkanone zu ermöglichen, ist die Elektronenstrahldurchtrittsöffnung der Arbeitskammer von einer Dichtung umgeben, auf der die Dichtplatte in der Verschlußposition angeordnet ist. Die während des Bearbeitungsvorganges in einem Bereich außerhalb der Elektronenstrahldurchtrittsöffnungen angeordnete Dichtplatte weist einen Abstand, zwischen ihrer Unterseite und einer Arbeitskammerwand, auf der die Dichtplatte verfährt, auf, der größer ist, als die Höhe der Dichtung. Hierdurch wird vorteilhaft eine Abnutzung der Dichtung während der Bearbeitung vermieden. Um ein Absenken der Dichtplatte auf einen Abstand zu ermöglichen, der geringer ist, als die Höhe der die Elektronenstrahldurchtrittsöffnung umgebenden Dichtung, sind in der Wand der Arbeitskammer Aussparungen vorgesehen, in die die Dichtplatte während ihrer Fahrbewegung von der Ausgangsposition in die Verschlußposition fährt, so daß die Dichtplatte mit den Rollen oder Rädern in der Verschlußposition auf der Dichtung angeordnet ist. Dabei erfolgt durch das Eigengewicht der Dichtplatte ein gasdichter Verschluß der Arbeitskammer. Selbstverständlich ist es auch möglich auf diese Dichtplatte eine Kraft, beispielsweise Federkraft, wirken zu lassen. Dies wird vorteilhaft dann erfolgen, wenn das Eigengewicht der Dichtplatte nicht ausreicht, um einen gasdichten Verschluß der Arbeitskammer zu gewährleisten. Vorzugsweise ist vor der Dichtplatte ein die Elektronenstrahldurchtrittsöffnung der Arbeitskammer umgebender Schmutzabstreifer angeordnet, der mit einem senkrecht aus der Elektronenstrahldurchtrittsöffnung hervorstehenden Schutzschirm so zusammenwirkt, daß die die Elektronenstrahldurchtrittsöffnung der Arbeitskammer umgebende Dichtung abgedeckt ist. Durch diese Maßnahme wird vorteilhaft eine Beschädigung der Dichtung während der Bearbeitung von Werkstücken, insbesondere bei dem Schweißen, Bohren, Umschmelzveredeln, Härten und Abtragen erreicht. Um ein Eindringen der Außenluft in einen Bereich zwischen Arbeitskammer und Elektronenstrahlkanone zu verhindern, ist die verschiebbare Platte auf einer Deckplatte gasdicht angeordnet, die unter Bildung eines gasdichten Verfahrraumes für die Dichtplatte mit der Arbeitskammerwand verbunden ist. Die Elektronenstrahlkanone ist vorteilhaft in der Verschlußposition der Dichtplatte gegen Außenluft abgeschlossen und muß somit ebenfalls nicht neu evakuiert werden. Vorzugsweise sind an einer Arbeitskammer jeweils eine Elektronenstrahlkanone zur senkrechten und waagerechten Bearbeitung von Werkstücken angeordnet. Bei dieser Ausführung ist es vorteilhaft möglich, während der aufeinanderfolgenden waagerechten Bearbeitung von Werkstücken die senkrecht, d. h. an der Seitenwand der Arbeitskammer angeordnete Elektronenstrahlkanone mittels der Dichtplatte gegenüber der Arbeitskammer zu verschließen, so daß das zu evakuierende Gesamtkammervolumen verringert ist.

Ein besonders einfacher Verschluß der Arbeitskammer wird erreicht, wenn die verfahrbare Platte, auf der die Elektronenstrahlkanone angeordnet ist, als Dichtplatte ausgebildet ist. Dabei ist die Elektronenstrahldurchtrittsöffnung der Arbeitskammer von zwei zueinander in Abstand angeordneten Dichtungen umgeben, die zusammen mit der auf der Arbeitskammer angeordneten verschiebbaren Platte einen gasdichten Zwischenraum bilden. Fährt die verschiebbare Platte mit der Elektronenstrahldurchtrittsöffnung in diesen Zwischenraum, dann ist die Arbeitskammer über den links oder rechts von der Mittelachse der Elektronenstrahlkanone verbleibenden Teil der verschiebbaren Platte und die innere Dichtung verschlossen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt, und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 eine Teilschnittdarstellung der Elektronenstrahlkanone mit Dichtplatte und Schmutzabstreifer;

Fig. 2 ein weiteres Ausführungsbeispiel, bei dem die verschiebbare Platte die Dichtplatte ist.

In der Fig. 1 ist eine Teilschnittdarstellung der zwei Funktionsgruppen Elektronenstrahlkanone 10 und Arbeitskammer 11 dargestellt. Die Arbeitskammer 11 besteht im wesentlichen aus einem umseitig durch Wände 12, 12′ verschlossenen Gehäuse. In den Wänden sind nicht näher dargestellte Türen oder Schleusen zum Be- und/oder Entladen der Arbeitskammer 11 angeordnet. Die Wand 12′ weist eine in den Arbeitsraum 13 mündende Elektronenstrahldurchtrittsöffnung 14 auf und erstreckt sich über die Wände 12. Senkrecht auf der Wand 12′ sind weitere Seitenwände 15 mit ihren Stirnseiten 16 angeordnet. Die Seitenwände 15 sind in Abhängigkeit von der Wand 12′ in rechteckiger Form, quadratischer Form oder als Kreisring ausgebildet. Zwischen der Stirnseite 16 und der Oberseite 17 der Wand 12′ ist in der Wand 12′ eine umlaufende Richtung 18 angeordnet. Auf den den Stirnseiten 16 gegenüberliegenden Stirnseiten 19 der Seitenwände 15 ist eine Deckplatte 20 gasdicht befestigt, die sich über die Seitenwände 15 hinaus erstreckt und mit den Seitenwänden 15 und der Wand 12′ einen Verfahrraum 21 bildet. In dem durch die Seitenwände 15 begrenzten Bereich der Deckplatte 20 ist eine in ihren Maßen von der Elektronenstrahldurchtrittsöffnung 14 abhängige Öffnung 22 vorgesehen, die auf ihrer Oberseite von einer umlaufenden Dichtung 23 umgeben ist. Auf der Oberseite dieser Deckplatte 20 ist eine verschiebbare Platte 24 angeordnet, auf der die Elektronentrahlkanone 10 befestigt ist. Der Antrieb der verschiebbaren Platte 24 und damit der Elektronenstrahlkanone 10 erfolgt über eine Gewindespindel 25, die mit einer innerhalb der verschiebbaren Platte 24 angeordneten Spindelmutter 25 in Verbindung steht. Die Spindel 25 ist vorzugsweise in einem stirnseitig an der Deckplatte 20 befestigten Lagerbock 27 gelagert und kann wahlweise von Hand oder mittels eines Fahrantriebs gedreht werden. Die Drehbewegung wird über die Spindelmutter 26 in eine Längsbewegung umgewandelt, so daß die verschiebbare Platte 24 mit der Elektronenstrahlkanone 10 entlang des Arbeitsweges 28 verfahrbar ist. Die verschiebbare Platte 24 weist eine abgestufte Zentralbohrung 29 auf, in deren durchmessergrößeren Teil ein Schmutzabstreifer 30 befestigt ist. Der Schmutzabstreifer 30 besteht aus einem büchsenähnlichen Teil 31 mit Anschraubflansch 32, dessen Bohrung 33, vorzugsweise durchmessergleich der Zentralbohrung 29 ist. Der Schmutzabstreifer 30 ist in seinem zur Oberseite 17 der Wand 12′ weisenden Bereich als tellerförmiger Körper 34 ausgebildet, dessen Maße größer sind, als der Arbeitsweg 28, über den die Elektronenstrahlkanone 10 verfahrbar ist. Die Elektronenstrahldurchtrittsöffnung 14 der Arbeitskammer 11 steht über die Bohrung 33 des Schmutzabstreifers und die Zentralbohrung 29 der verschiebbaren Platte 24 mit der Elektronenstrahlkanone 10 in Verbindung. Mittels des tellerförmigen Körpers 34 wird während der Bearbeitung von Werkstücken die schlitzförmige Elektronenstrahlöffnung 14 gegenüber dem Verfahrraum 21 nahezu abgedichtet. In dem büchsenähnlichen Teil 31 des Schmutzabstreifers 30 sind Bohrungen 35 angeordnet, in die Schalldämpfer 36 eingeschraubt sind und die den Verfahrraum 21 mit der Arbeitskammer 11 und der Elektronenstrahlkanone 10 verbinden. An dem tellerförmigen Körper 34 des Schmutzabstreifers 30 ist eine Dichtplatte 37 befestigt, an der Räder oder Rollen 38 befestigt sind.

In der Elektronenstrahldurchtrittsöffnung 14 der Arbeitskammer 11 ist ein Schutzschirm 39 befestigt, der senkrecht aus der Elektronenstrahldurchtrittsöffnung hervorsteht. Um diesen Schutzschirm 39 ist in der Wand 12′ eine die Elektronenstrahldurchtrittsöffnung 14 umgebende Dichtung 40 angeordnet, die durch den Schutzschirm und die Unterseite 41 des tellerförmigen Körpers 34 während der Bearbeitung abgedeckt und somit wegen Verschmutzungen geschützt ist.

Die Vorrichtung arbeitet wie folgt:

Über die Gewindespindel 25 wird die verschiebbare Platte 24 mit der Elektronenstrahlkanone 10 entlang des Arbeitsweges 28 während der Bearbeitung von Werkstücken verfahren. Während dieser Bearbeitung tritt der Elektronenstrahl durch die Zentralbohrung 29 der verschiebbaren Platte 34 sowie der Bohrung 33 des Schmutzabstreifers 30 und die Elektronenstrahldurchtrittsöffnung 14 der Arbeitskammer 11. Bei dieser Bearbeitung entlang des Arbeitsweges 28 wird die Dichtung 40 über den Schutzschirm und die Unterseite 41 des Schmutzabstreifers gegen Beschädigungen und Verschmutzungen abgedeckt. Die mit dem Schmutzabstreifer 30 verbundene Dichtplatte 37 verfährt während der Bearbeitung auf der Oberseite 17 der Wand 12′ der Arbeitskammer 11. Nach der Bearbeitung des Werkstückes wird die Elektronenstrahlkanone 10 soweit in Pfeilrichtung 42 verfahren, bis sich die Dichtplatte 37 in einer Verschlußposition über der Elektronenstrahldurchtrittsöffnung 14 der Arbeitskammer 11 befindet. Während die Elektronenstrahlkanone 10 die über Schmutzabstreifer und verschiebbare Platte mit ihr verbundene Dichtplatte 37 in die Verschlußposition schleppt, fährt die Dichtplatte 37 in nicht näher dargestellte Aussparungen, die auf der Oberseite der Wand 12′ der Arbeitskammer 11 angeordnet sind. Dabei senkt sich die Dichtplatte 37 ab, bis sie mit ihrer Unterseite auf der Dichtung 40 aufliegt. Vorteilhaft ist die Dichtplatte so ausgebildet, daß durch ihr Eigengewicht ein gasdichter Verschluß der Elektronenstrahldurchtrittsöffnung 14 erreicht wird. Selbstverständlich ist es auch möglich, wenn beispielsweise die Dichtplatte 37 als dünnes Blech ausgebildet ist, entsprechende Andruckelemente vorzusehen, mit denen die Dichtplatte 37 auf die Dichtung 40 angedrückt wird. Vorteilhaft ist somit der Abstand 43 zwischen der Unterseite 44 der Dichtplatte 37 und der Oberseite 17 der Wand 12′, auf der die Dichtplatte 37 verfährt, größer und in der Verschlußposition geringer als die Höhe der Dichtung 40. Vorteilhaft wird hierdurch eine lange Lebensdauer der Dichtung 40 erreicht.

Ist die Dichtplatte 37 in der Verschlußposition, d. h. auf der Dichtung 40 so angeordnet, daß die Elektronenstrahldurchtrittsöffnung 14 der Arbeitskammer gasdicht abgedichtet ist, so ist der Raum oberhalb der Arbeitskammer 11, d. h. der Verfahrraum 21 und der Gehäuseraum der Elektronenstrahlkanone 10 von der Arbeitskammer 11 getrennt und braucht beim folgenden Evakuierungsprozeß nicht abgepumpt werden. Die Elektronenstrahlkanone 10 ist in der Verschlußposition der Dichtplatte 37 über die Dichtung 23 gegen Außenluft abgeschlossen und nur mit dem ebenfalls gasdichten Verfahrraum 21 verbunden.

Das Evakuieren des Verfahrraums 21 erfolgt über die Bohrungen 35 und die Schalldämpfer 36.

Nach einer weiteren Ausbildung der Erfindung ist die verschiebbare Platte 24 als Dichtplatte 37 ausgebildet. In der Fig. 2 werden gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen. Auf der Oberseite 17 der Wand 12′ der Arbeitskammer 11 sind zwei die Elektronenstrahldurchtrittsöffnungen 14 umgebende Dichtungen 40 und 45 angeordnet. Die verschiebbare Platte, deren Antrieb nicht näher dargestellt ist, liegt auf der Oberseite 17 der Wand 12′ auf und wird auf dieser Oberseite 17 verfahren. Die beiden Dichtungen 40, 45 weisen dabei einen Abstand zueinander auf, der größer ist als die in der verschiebbaren Platte 24 angeordnete Zentralbohrung 29. Soll in diesem Fall die Arbeitskammer 11 gegenüber der mit der verschiebbaren Platte 24 verbundenen Elektronenstrahlkanone 10 verschlossen werden, so verfährt die verschiebbare Platte 24 in Pfeilrichtung 46 oder 47, bis die Zentralöffnung 29 zwischen den beiden Dichtungen 40, 45 angeordnet ist. In dieser Verschlußposition liegt der links oder rechts von der Zentralbohrung 29 liegende Teil der verschiebbaren Platte 24 auf der die Elektronenstrahldurchtrittsöffnung 14 umgebenden Dichtung 40 auf und dichtet die Arbeitskammer gegenüber der Elektronenstrahlkanone 10 ab, die gleichzeitig durch die Dichtung 40 und 45 gegen Außenluft abgeschlossen ist.

Vorteilhaft ist an einer Arbeitskammer 11 jeweils eine Elektronenstrahlkanone 10 zur senkrechten und eine zur waagerechten Bearbeitung von Werkstücken angeordnet, wobei die jeweils nicht im Arbeitseinsatz stehende Elektronenstrahlkanone 10 in der Verschlußposition angeordnet ist. Hierdurch wird in besonders vorteilhafter Weise das abzupumpende Volumen verkleinert und somit die Taktzeit erhöht.

Claims (11)

1. Vorrichtung zum Bearbeiten von Werkstücken mit einem Elektronenstrahl bestehend aus einer Arbeitskammer und mindestens einer Elektronenstrahlkanone, die auf der Arbeitskammer auf einer verschiebbaren Platte befestigt ist, wobei die Arbeitskammer und die Platte Elektronenstrahldurchtrittsöffnungen aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Elektronenstrahlkanone (10) und Arbeitskammer (11) mindestens eine Dichtplatte (37) zum Verschließen der Elektronenstrahldurchtrittsöffnung (14) der Arbeitskammer (11) angeordnet ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtplatte (37) mit der Elektronenstrahlkanone (10) verbunden ist und von der Elektronenstrahlkanone (10) in eine Verschlußposition fahrbar ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß an der Dichtplatte (37) Räder und Rollen (38) angeordnet sind, mit denen die Dichtplatte (37) auf der Arbeitskammer (11) verfährt.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektronenstrahldurchtrittsöffnung (14) der Arbeitskammer (11) und von einem Dichtring (40) umgeben ist, auf der die Dichtplatte (37) in der Verschlußposition angeordnet ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen der Unterseite (44) der Dichtplatte (37) und einer Arbeitskammerwand (12′) auf der die Dichtplatte verfährt größer und in der Verschlußposition geringer ist, als die Höhe der Dichtung (40).

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß in der Wand der Arbeitskammer Aussparungen vorgesehen sind, in denen die Dichtplatte (37) mit den Rollen oder Rädern (38) in der Verschlußposition angeordnet ist.

7. Vorrichtung nch einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß vor der Dichtplatte (37) ein die Elektronenstrahldurchtrittsöffnung (14) der Arbeitskammer (11) umgebender und die Dichtung (40) abdeckender Schmutzabstreifer (30) angeordnet ist, dem ein senkrecht aus der Elektronen­ strahldurchtrittsöffnung (14) hervorstehender Schutzschirm (39) zugeordnet ist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die verschiebbare Platte (24) auf einer Deckplatte (20) gasdicht angeordnet ist, die unter Bildung eines gasdichten Verfahrraumes (21) mit der Wand (12′) der Arbeitskammer (11) verbunden ist.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektronenstrahlkanone (10) in der Verschlußposition der Dichtplatte (37) gegen Außenluft abgeschlossen ist.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß an einer Arbeitskammer (11) jeweils eine Elektronenstrahlkanone (10) zur senkrechten und waagerechten Bearbeitung von Werkstücken angeordnet ist.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die verschiebbare Platte (24) als Dichtplatte (37) ausgebildet ist.